Les dangers de la foudre
Chaque année en France la foudre provoque la mort de plusieurs dizaines de personnes et d'environ 20 000 animaux. Elle est aussi responsable de 17000 incendies et d'un nombre important de dégâts divers sur les matériels électriques et électroniques.
L'orage
Les nuages orageux (cumulo-nimbus) sont des
masses de plusieurs milliers de tonnes d'eau. Ils se forment dans
des conditions particulières d'humidité et de température
(journée chaude et humide par exemple). Si la base du nuage se
trouve entre 1 et 3 km, le sommet peut dépasser 10km d'altitude.
Il existe ainsi entre la base et le sommet du nuage de fortes
différences de température qui provoquent des courants de
convection. Ces courants d'air ascendants entraînent les
particules les plus légères qui s'élèvent, se transforment en
glace et se chargent positivement, tandis que
les particules plus lourdes descendent et se retrouvent en bas
sous forme liquide; elles sont chargées négativement.
Le bas du nuage, chargé négativement,
repousse les charges négatives du sol qui se
trouve ainsi chargé positivement par influence.
La tension entre un nuage et le sol ou entre deux nuages peut
atteindre plusieurs dizaines de millions de volts.
En temps normal, la terre est chargée négativement et la haute
atmosphère positivement. Le champ électrique en résultant est
de l'ordre de 100V/m. Lors d'un orage ce champ
s'inverse et prend des valeurs voisines de 15 à 20 kV/m.
Le seuil de conduction de l'air est atteint. L'éclair va
jaillir.
Benjamin Franklin (1706-1790) étudia ces
phénomènes au péril de sa vie en lançant des cerfs-volants
dans les nuages orageux. L'inconscient s'amusait à faire jaillir
des étincelles en approchant le doigt d'une clé accrochée au
fil du cerf-volant.
Certains de ses disciples en sont morts.
La foudre
Avant que l'éclair ne jaillise, il est possible de voir une
lueur violacée au voisinage d'objet pointus. Il s'agit du feu de
Saint Elme bien connu autrefois dans la marine à voile.
La décharge entre nuage et sol comprend deux phases:
| Au cours de la première phase, les charges
négatives descendent vers le sol par bonds successifs,
ce sont les "traceurs". Sur leur passage se
forme un canal d'air ionisé. Des amorces de décharges
ascendantes prennent naissance à partir des points les
plus exposés (pointes, clochers, sommet des arbres...)
à la rencontre des traceurs. Lorsque la liaison est établie, le canal d'air ionisé est traversé par le courant de décharge principal. Dans la photo ci-contre, on voit deux décharges principales et plusieurs traceurs. |
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Les effets de la foudre
L'air ionisé produit une lumière intense: l'éclair.
Le courant de décharge est très élevé (l'intensité
peut varier de 1 kA à 100 kA). Sur son passage, l'air
s'échauffe et se dilate brutalement, ce qui provoque une onde de
choc: le tonnerre.
Lorsque la foudre tombe sur un bâtiment, le courant intense qui
s'écoule dans la terre peut traverser les charpentes et les
parties conductrices en provoquant un échauffement intense voire
un incendie. Lorsque la foudre frappe un arbre, pendant que le
courant s'écoule dans le sol il existe aux alentours une tension
suffisante pour élecrocuter un homme ou un animal. Un animal a
quatre pattes est d'ailleurs plus en danger qu'un homme aux pieds
joints car le courant qui traverse le corps est plus important si
les contacts avec le sol sont plus espacés.
Le courant de décharge produit un rayonnement
électromagnétique qui peut induire des tensions élevées dans
des circuits situés dans le voisinage. On déplore ainsi la
destruction de nombreux appareils électriques et électroniques.
Protections et précautions
Le
"paratonnerre"
Pour la protection des bâtiments, Benjamin Franklin a inventé,
en 1779, le "paratonnerre" (il devrait s'appeler
plutôt "parafoudre"). Une pointe métallique est
placée au sommet du bâtiment. Il est relié à la terre par un
câble suffisamment gros pour permettre l'écoulement du courant
de décharge.
L'inconvénient du dispositif est qu'il "attire" la
foudre.
On peut protéger le réseau électrique par un fil tendu
au-dessus des lignes aériennes ou par des éclateurs placés en
parallèle et reliés à la terre.
Le matériel électrique ou électronique est protégé par des
parafoudres montés en série.
Les
précautions
Pendant un orage, il est dangereux de se placer sous les arbres
sur lesquels la foudre peut tomber. Mais il tout aussi dangereux
de traverser une vaste place ou un champ dans lequel la personne
serait la partie la plus exposée. Il ne faut pas utiliser un
parapluie ou un objet pointu (par exemple un piolet, une
fourche...)
Par contre, une automobile est un très bon abri, car sa
carosserie métallique constitue une cage de Faraday qui vous
protège du danger.
